第3章煤炭分選第一節(jié)概述煤炭分選（即選煤）：根據(jù)煤中各種組分的密度、表面物理化學(xué)性質(zhì)以及其他性質(zhì)的差異而將煤分選成不同質(zhì)量產(chǎn)品的加工過(guò)程。隨著煤炭采掘機(jī)械化程度的提高，加之煤炭資源的日趨“貧、細(xì)、雜”化，原煤質(zhì)量趨向惡化。在此形勢(shì)下，選煤已經(jīng)成為煤炭企業(yè)不可缺少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。二無(wú)論是動(dòng)力用煤，還是化工用煤或民用煤，煤中的硫分和灰分都是十分有害的。硫分在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生SO2、SO3、H2S等酸性氣體嚴(yán)重污染大氣，煤炭的含硫量越高，SO2生成量也越高；就動(dòng)力煤而言，灰分每增加1%，大約就得多消耗2%~2.5%的煤炭；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定煉焦精煤的灰分一般不應(yīng)超過(guò)11.5%。選煤是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)有效的清潔煤生產(chǎn)技術(shù)，是潔凈煤技術(shù)的源頭技術(shù)，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義，它已成為煤炭工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。第二節(jié)煤炭分選與方法二跳汰選煤對(duì)不同煤質(zhì)的煤具有廣泛的適應(yīng)性，長(zhǎng)期以來(lái)一直被作為主要的選煤方法。目前在我國(guó)的各種選煤方法中約占1/3的比例。重介質(zhì)選煤的重介質(zhì)旋流器分選技術(shù)取得了重大進(jìn)展。這主要?dú)w功于耐磨材料的應(yīng)用，它延長(zhǎng)了設(shè)備和管道的使用壽命，以及密度自動(dòng)控制水平的提高，它使生產(chǎn)操作更加簡(jiǎn)單。浮選主要是依據(jù)煤和矸石表面物理化學(xué)性質(zhì)的差異對(duì)小于0.5mm細(xì)粒煤進(jìn)行分選的選煤方法，近幾年在我國(guó)發(fā)展很快，但在應(yīng)用中，只有煉焦煤選煤廠和用于高爐噴吹的無(wú)煙煤選煤廠選用浮選工藝。干法選煤在西部寒冷、水資源短缺地區(qū)以及易泥化煤種的分選過(guò)程中得到應(yīng)用。但數(shù)量較少，且主要為風(fēng)力選煤。搖床分選、螺旋分選、滾筒分選、水介質(zhì)旋流器分選在我國(guó)小型易選煤礦也有應(yīng)用，但應(yīng)用的較少。目前我國(guó)選煤廠使用的選煤方法的具體情況如下：跳汰分選大約占26%，重介質(zhì)分選大約占54%，浮選大約占14%，風(fēng)選約占5%，其它方法約占1%。第三節(jié)煤炭重選跳汰選煤一二重介質(zhì)選煤一、跳汰選煤跳汰選煤是指煤粒在垂直交變介質(zhì)流中按密度分選的重選作業(yè)。所用的介質(zhì)可以是水（水力跳汰），也可以是空氣（風(fēng)力跳汰）。跳汰選煤的適應(yīng)性較強(qiáng)，除非極難選煤，均可優(yōu)先考慮采用跳汰的方法處理。在一個(gè)跳汰周期內(nèi)，床層經(jīng)歷了從緊密到松散分層再緊密的過(guò)程，顆粒受到了分選作用。分層最終結(jié)果是：密度低的礦粒集中在床層的上層（此即精煤）；密度高的礦粒集中在床層的最底層（此即矸石）。煤用跳汰機(jī)主要有空氣脈動(dòng)跳汰機(jī)和動(dòng)篩跳汰機(jī)。空氣脈動(dòng)跳汰機(jī)按其結(jié)構(gòu)可分為：篩側(cè)空氣室跳汰機(jī)（鮑姆跳汰機(jī)）和篩下空氣室跳汰機(jī)（高桑跳汰機(jī)）。這兩類跳汰機(jī)還可根據(jù)其用途、入選粒度和機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類（1）篩側(cè)空氣室跳汰機(jī)（2）篩下空氣室跳汰機(jī)（3）動(dòng)篩跳汰機(jī)跳汰機(jī)的分選效果取決于操作工藝制度，與入料性質(zhì)及質(zhì)量要求有關(guān)。風(fēng)、水、給、排是跳汰機(jī)最主要的操作參數(shù)，各操作參數(shù)間互相聯(lián)系，決定了跳汰機(jī)分選床層的狀態(tài)。床層運(yùn)動(dòng)狀態(tài)決定了礦粒按密度分層的效果。實(shí)際操作中跳汰機(jī)入料性質(zhì)波動(dòng)要盡量小，給料速度要均勻，寬度方向要均勻，原煤要潤(rùn)濕。要根據(jù)所要求的松散度調(diào)風(fēng)量，各風(fēng)室的風(fēng)量由入料到排料依次減少。風(fēng)量、風(fēng)壓比篩下水更能影響松散度，增加風(fēng)量可以提高吸啜作用，而增加水量卻減弱吸啜作用，應(yīng)用時(shí)要靈活。分層結(jié)束，應(yīng)及時(shí)、連續(xù)、合理地排出產(chǎn)物。二、重介質(zhì)選煤重介質(zhì)選煤是一種采用密度介于煤與矸石之間的液體作為分選介質(zhì)的高效率的重力選煤方法。依所用的分選介質(zhì)不同分為重液選煤和重懸浮液選煤。重介質(zhì)選煤按分選力的不同可分為重力重介質(zhì)選煤（重介質(zhì)分選機(jī)）和離心力重介質(zhì)選煤（重介質(zhì)旋流器）兩種。重液主要包括有機(jī)溶液和無(wú)機(jī)鹽水溶液。重懸浮液是指高密度的固體微粒與水配制成懸浮狀態(tài)的兩相流體。重介質(zhì)選煤一般都分級(jí)入選，分選塊煤常采用重介質(zhì)分選機(jī)，分選末煤常采用重介質(zhì)旋流器。重介質(zhì)選煤的基本原理是阿基米德浮力定律，其分選效率高于其他選煤方法，入選粒度范圍寬（重介質(zhì)分選機(jī)的入料粒度為6~1000mm，重介質(zhì)旋流器的入料粒度為0.15~80mm），生產(chǎn)控制易于自動(dòng)化，因而得到了十分廣泛的應(yīng)用。（1）重介質(zhì)分選機(jī)分選原理在靜止的懸浮液中，作用在顆粒上的力有重力G和浮力G0。因此，懸浮液中顆粒所受的合力F為：當(dāng)δ<ρ時(shí)，顆粒上浮；δ>ρ時(shí)，顆粒下沉；δ=ρ時(shí)，顆粒處于懸浮狀態(tài)。重介質(zhì)分選機(jī)通過(guò)懸浮液流和刮板或提升輪分別把浮物和沉物排出，完成分選。（2）重介質(zhì)旋流器分選原理在重介質(zhì)旋流器中，顆粒所受離心力Fc為：則當(dāng)δ<ρ時(shí)，F(xiàn)為負(fù)值，顆粒移向內(nèi)螺旋流；當(dāng)δ>ρ時(shí)，F(xiàn)為正值，顆粒被甩向外螺旋流。由此密度大于介質(zhì)的顆粒和密度小于介質(zhì)的顆粒得以分開。在旋流器中，由于離心力可比重力大幾倍到幾十倍，因而末煤的分選速度大大加快并實(shí)現(xiàn)分選效果的改善。第四節(jié)煤炭浮選浮選原理浮選藥劑一二三浮選機(jī)四浮選調(diào)漿一、浮選原理圖中礦物的上方是空氣中水滴在礦物表面的鋪展形態(tài)，從左至右，隨著礦物親水程度的減弱，水滴越來(lái)越難于鋪開而成為球形；圖中礦物下方是水中氣泡在礦物表面附著的形態(tài)，氣泡的形狀正好同水滴的形狀相反，從右向左，隨著礦物表面親水性的增強(qiáng)，氣泡變?yōu)榍蛐巍ｏ@然，在水中親水性礦物難以與氣泡附著，可浮性差；而疏水性礦物易與氣泡附著，可浮性好。煤泥在調(diào)漿設(shè)備內(nèi)配制成一定濃度的煤漿，加入浮選藥劑后充分?jǐn)嚢枰源龠M(jìn)煤漿與浮選藥劑作用，調(diào)漿完成后的煤漿進(jìn)入浮選設(shè)備，在浮選設(shè)備內(nèi)的流場(chǎng)與充氣作用下，煤粒與氣泡相互碰撞。由于煤粒的表面潤(rùn)濕性差，碰撞時(shí)易粘附到氣泡上，并隨著氣泡的升浮被氣泡帶到水面的礦化泡沫層形成浮選精煤；而矸石的潤(rùn)濕性好，碰撞時(shí)不易與氣泡附著，仍留在礦漿中成為浮選尾煤。二、浮選藥劑浮選過(guò)程加入的能夠幫助浮選過(guò)程順利進(jìn)行的藥劑稱為浮選藥劑。選煤用浮選藥劑既有有機(jī)化合物又有無(wú)機(jī)化合物，既有酸有堿又有不同的鹽類，按藥劑的用途可分為三類。①捕收劑能選擇性地作用于礦物表面并使其疏水的有機(jī)物質(zhì)稱為捕收劑。捕收劑作用于礦物-水界面，通過(guò)提高礦物的疏水性，使礦粒能更牢固地附著于氣泡上而升浮。煤油和輕柴油是選煤使用最多的捕收劑。②起泡劑起泡劑為表面活性物質(zhì)，主要富集在水、氣界面，促使空氣在礦漿中彌散成小氣泡，防止氣泡兼并，并提高氣泡在礦化和上浮過(guò)程中的穩(wěn)定性，保證礦化氣泡上浮后形成泡沫層刮出。在煤泥浮選過(guò)程中，多數(shù)起泡劑也在煤粒表面發(fā)生吸附并顯示捕收作用，醇類（如仲辛醇）是得到廣泛應(yīng)用的起泡劑。③調(diào)整劑是改善捕收劑和起泡劑的作用效應(yīng)的添加劑，具有增溶、分散和乳化作用。它在氣-液、液-液和固-液界面顯示作用，調(diào)整礦漿的性質(zhì)，提高浮選過(guò)程的選擇性。調(diào)整劑多為表面活性物質(zhì)，具有雜極性分子結(jié)構(gòu)，如胺類鏈烷醇胺-妥爾油脂肪酸縮合物等。三、浮選機(jī)浮選機(jī)的種類繁多，差別主要表現(xiàn)在充氣方式、充氣攪拌裝置結(jié)構(gòu)等方面。目前應(yīng)用最多的分類法是按充氣和攪拌方式的不同將浮選機(jī)分為兩大類，即機(jī)械攪拌式和無(wú)機(jī)械攪拌式。

（一）機(jī)械攪拌式浮選機(jī)利用轉(zhuǎn)子-定子系統(tǒng)作為機(jī)械攪拌器實(shí)現(xiàn)充氣和攪拌的統(tǒng)稱為機(jī)械攪拌式浮選機(jī)；根據(jù)供氣方式的不同又細(xì)分為自吸機(jī)械攪拌式浮選機(jī)和充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)兩種類型。自吸機(jī)械攪拌式浮選機(jī)具有如下特點(diǎn)：①攪拌力強(qiáng)，可保證密度和粒度較大的礦粒懸浮，并可以促進(jìn)難溶藥劑的分散與乳化；②可依靠葉輪的吸漿作用實(shí)現(xiàn)中礦返回，省去大量砂泵；③對(duì)難選和復(fù)雜的礦石或希望得到高品位的精礦時(shí)，可保證得到較好的穩(wěn)定指標(biāo)；④運(yùn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)速高、能耗大、磨損嚴(yán)重、維修量大。充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)具有以下的特點(diǎn)：①充氣量大，便于調(diào)節(jié)，對(duì)提高產(chǎn)量和調(diào)整工藝有利；②攪拌不起充氣作用，故轉(zhuǎn)速低、磨損小、能耗低、維修量小；③液面穩(wěn)定、礦物泥化少、分選指標(biāo)好，但需壓力系統(tǒng)和管路。

（二）無(wú)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)無(wú)機(jī)械攪拌式浮選機(jī)又稱為充（壓）氣式浮選機(jī)，最典型的即是浮選柱設(shè)備。與機(jī)械攪拌式浮選機(jī)比較，浮選柱具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、耗電量低、易損件少等優(yōu)點(diǎn)；存在空氣管和尾礦管易堵塞、工作穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。

（1）傳統(tǒng)浮選柱

傳統(tǒng)浮選柱為高6~7m的圓柱體，低部裝有一組微孔材料制成的充氣器，上部設(shè)有給礦分配器，給入的礦漿均勻的分布在柱體的橫斷面上，緩緩下降，在顆粒下降的過(guò)程中與上升的氣泡碰撞，實(shí)現(xiàn)氣泡的礦化。（2）新型浮選柱

四、浮選調(diào)漿浮選是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，調(diào)漿、礦化、分離等過(guò)程都會(huì)對(duì)浮選效果產(chǎn)生影響。調(diào)漿意味著為浮選藥劑和礦物間的反應(yīng)提供足夠的混合和接觸時(shí)間，其主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)礦物的充分分散以及與藥劑的作用完全。近年來(lái)，研究人員在煤泥浮選前的礦漿分散、表面改性及混合動(dòng)力學(xué)方面做了許多研究工作，并在藥劑乳化、顆粒分散等調(diào)漿技術(shù)方面取得了一些進(jìn)展。（一）礦漿預(yù)處理器

（二）乳化器

提高浮選藥劑分散度的有效途徑之一是浮選藥劑的乳化。在相同的浮選藥劑添加量的條件下，其分散度越高，則油滴數(shù)越多，其直徑也越小，比表面積就越大，和煤粒接觸粘附的概率也就越高，從而節(jié)省浮選藥劑用量，提高浮選速度，改善分選效果。一般常用的乳化器有機(jī)械攪拌器、水噴射式乳化器、超聲波乳化器、膠體磨乳化器等。（三）表面改質(zhì)機(jī)

第五節(jié)煤炭干法分選及其他選煤方法煤炭干法分選煤炭電磁選一二一、煤炭干法分選（一）空氣重介質(zhì)流化床干法選煤物料在分選機(jī)中的分選過(guò)程是：經(jīng)篩分后的6~50mm塊狀物料與加重質(zhì)分別加入分選機(jī)中，來(lái)自風(fēng)包的具有一定速度的有壓氣體通過(guò)氣體分布器均勻作用于加重質(zhì)而發(fā)生流化作用，在一定的工藝條件下形成具有一定密度的均勻穩(wěn)定的氣固兩相流化床。物料在流化床中按密度分層。小于床層密度的物料上浮，稱為浮物；大于床層密度的物料下沉，稱為沉物。分層后的物料分別由低速運(yùn)行的無(wú)極鏈刮板輸送裝置逆向輸送，浮物如精煤從左端排料口排出，沉物如矸石或尾煤從右端排料口排出。（二）FX型風(fēng)力搖床分選和FGX型干法選煤在我國(guó)得到比較廣泛應(yīng)用的干法分選設(shè)備是FX型風(fēng)力搖床和FGX型干選機(jī)；這兩種型號(hào)的干選機(jī)都是以空氣做分選介質(zhì)的重力分選方法，在氣流和機(jī)械振動(dòng)的共同作用下，使原煤在床面上按不同密度分為輕、重產(chǎn)品。二、煤炭的電磁選（一）煤粉摩擦電選技術(shù)微粉煤摩擦電選的原理：煤和礦物質(zhì)顆粒在氣流夾帶作用下通過(guò)摩擦器，顆粒與摩擦器壁及顆粒與顆粒之間相互碰撞摩擦使得煤中的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)顆粒分別帶上極性相反的電荷；然后帶電顆粒群被引入高壓電場(chǎng)中，在電場(chǎng)力下，有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)顆粒因帶電極性不同分別被吸引、吸附到極性相反的極板上，從而實(shí)現(xiàn)兩者的分離。（二）煤炭磁選脫硫技術(shù)得到良好的磁選脫硫效果，必須做到以下兩點(diǎn)：①將煤細(xì)粉碎使得其中的硫化礦物質(zhì)等充分解離；②磁選前采用煤系礦物磁性強(qiáng)化技術(shù)以增大硫化礦物的比磁化率。第六節(jié)選煤工藝流程一典型選煤工藝二空氣重介質(zhì)選煤工藝系統(tǒng)一、典型選煤工藝選煤廠對(duì)原煤的加工處理大致可分為原煤準(zhǔn)備、分選和產(chǎn)品處理三個(gè)作業(yè)。準(zhǔn)備作業(yè)是對(duì)原煤進(jìn)行篩分、破碎、揀矸等環(huán)節(jié)，為分選作業(yè)準(zhǔn)備好粒度適當(dāng)?shù)脑海环诌x作業(yè)是使用各種分選設(shè)備將煤和矸石等礦物質(zhì)雜物分離；產(chǎn)品處理作業(yè)主要是對(duì)選后的各類產(chǎn)物進(jìn)行脫水、濃縮、過(guò)濾、壓濾和干燥等。目前中國(guó)的選煤工藝流程基本上是兩段（粗粒用重選，細(xì)